回轉(zhuǎn)窯危險廢物焚燒爐耐火材料的應用現(xiàn)狀

危險廢物（以下簡稱危廢）種類繁多、成分復雜、區(qū)域差異化嚴重，處理不當會帶來一系列民生和社會問題。我國自20世紀90年代逐步開始使用回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)處理危廢。近年來，因耐火材料損毀導致的停窯事故多有發(fā)生，嚴重影響了危廢焚燒生產(chǎn)線的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)率，對回轉(zhuǎn)窯危廢焚燒爐耐材的創(chuàng)新優(yōu)化、綠色環(huán)保以及高效運行等提出了迫切需求。

1、我國危廢無害化處置現(xiàn)狀

近年來，我國工業(yè)危廢產(chǎn)生量快速增加。據(jù)統(tǒng)計，2018年200個大、中城市工業(yè)危廢產(chǎn)生量達4643萬t，無害化處置量2482.5萬t。2020年，因新冠肺炎疫情的影響，產(chǎn)生的醫(yī)療危廢大量增加，危廢總量增至近1億t。焚燒法是平順耐材有效的無害化處置方法之一，包括專業(yè)回轉(zhuǎn)窯焚燒爐和水泥窯協(xié)同兩種方式。據(jù)統(tǒng)計，2018年我國危廢焚燒處置產(chǎn)能規(guī)模達到每年616萬t，其中專業(yè)回轉(zhuǎn)窯焚燒占比53%，主要分布在浙江、江蘇、山東、河北、福建等地。

2、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐系統(tǒng)

回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)示意圖見下圖，由回轉(zhuǎn)窯、二燃室、余熱鍋爐、急冷塔、脫酸、除塵系統(tǒng)構(gòu)成。

圖片圖1注：回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐系統(tǒng)

我國回轉(zhuǎn)窯危廢焚燒系統(tǒng)約有800條處理生產(chǎn)線，處理能力從每天20t到每天120t不等，主要是以順流式為主。

3、回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯耐材設(shè)計現(xiàn)狀

回轉(zhuǎn)窯危廢焚燒爐處理的危廢主要為含Cl、S、P、鹵素材料、無機鹽、氟化物等一些化學物料，同時處理一些廢氣和廢水，物料特性復雜。回轉(zhuǎn)窯本體是回轉(zhuǎn)窯焚燒爐平順耐材關(guān)鍵的設(shè)備。

圖片

根據(jù)廠房設(shè)計和節(jié)能等要求，可選擇單層磚、雙層磚、復合磚和整體澆注等不同設(shè)計方案。根據(jù)處理溫度和危廢種類不同，工作層耐火磚材質(zhì)一般可以選擇高鋁磚、剛玉莫來石磚、鉻鋯剛玉磚等。設(shè)計總厚度根據(jù)需要，從200mm到350mm不等。

圖2注：回轉(zhuǎn)窯設(shè)計示意圖

4、內(nèi)襯耐火材料損毀狀況

回轉(zhuǎn)窯工作溫度為800~1200℃，實際窯內(nèi)煙氣溫度達到1300℃以上，部分內(nèi)襯直接接觸熔渣、窯內(nèi)噴射滲濾液等，對耐火材料的抗侵蝕性、抗熱震性以及耐腐蝕性等要求較高。

圖3注：回轉(zhuǎn)窯焚燒爐區(qū)域分布示意圖

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐區(qū)域分布示意圖見圖3，分為進料區(qū)、干燥區(qū)、燃燒區(qū)和燃燼區(qū)。各個區(qū)域是根據(jù)回轉(zhuǎn)窯長徑比或尺寸、物料特性和操作工藝不同而變化的。

圖4注：回轉(zhuǎn)窯耐火材料殘磚厚度

圖4示出了某危廢項目使用1年后耐火磚殘余厚度情況。主要損毀以熱剝落、物理磨損和化學侵蝕為主，窯頭進料端以熱剝落和機械磨損為主，干燥段均勻磨損，高溫區(qū)以化學侵蝕、機械磨損為主。其中，高溫區(qū)耐火材料快速損毀是停爐檢修的主要原因。某項目鉻剛玉磚使用1年后的殘磚X射線衍射分析（見圖5）顯示，產(chǎn)生了大量的霞石類礦物，同時檢測出有六價鉻存在。其顯微結(jié)構(gòu)分析（見圖6）顯示，致密耐火磚內(nèi)部玻璃相較多，可以推斷物料中鈉鹽與耐火材料發(fā)生反應，侵蝕并導致耐火材料損毀，同時會產(chǎn)生破壞性體積膨脹，破壞耐火材料結(jié)構(gòu)。

圖5注：回轉(zhuǎn)窯殘磚的XRD圖譜

圖6注：鉻鋼玉殘磚的SEM照片

5、結(jié)語

危廢回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯根據(jù)需要，設(shè)計形式多樣，要關(guān)注廢液量、含水率、鐵桶硬料、鹽含量和氟含量等因素。對于熔渣式回轉(zhuǎn)窯焚燒爐高溫燃燒區(qū)，鉻剛玉質(zhì)耐火材料抗侵蝕優(yōu)勢明顯。但危廢焚燒工況下六價鉻形成問題突出，應開展無鉻化研究。隨著國家對危險廢物的監(jiān)管力度的加大，大型回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)將在危廢處理中得到更廣泛的應用，對回轉(zhuǎn)窯焚燒爐耐火材料優(yōu)化和設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。